Mikrobiologia

ż

ywno

ś

ci

Grzyby mikroskopowe stosowane

w procesach przemysłowych

technologii

ż

ywno

ś

ci

Królestwo: Grzyby

Podział

ze względu na rozmiar
•

grzyby mikroskopowe

• grzyby makroskopowe

tradycyjny
•

drożdże (jednokomórkowe)

• grzyby strzępkowe (nitkowate, mycelialne, pleśniowe)

Podział ten jest nieprecyzyjny - ten sam gatunek, zależnie od warunków, może
rosnąć w postaci pojedynczych komórek lub rozgałęzionej grzybni

• drożdżaki – wytwarzają strzępki, mogą rozmnażać się tylko wegetatywnie

Dro

ż

d

ż

e

Grzyby mikroskopowe

Chemoorganotrofy

-

wykorzystują

związki

organiczne jako źródło węgla i energii

•

saprofity

-

organizmy cudzożywne (heterotrofy)

odżywiające

się

związkami

organicznymi

pochodzącymi z rozkładu martwych szczątków roślin i
zwierząt

•

pasożyty – organizmy cudzożywne wykorzystujące
stale lub okresowo organizm żywiciela jako źródło
pożywienia lub/i środowisko życia

Metabolizm tlenowy i beztlenowy

Klasyfikacja drożdży

Podstawy klasyfikacji

pokrewieństwo filogenetyczne

sposób rozmnażania generatywnego i wegetatywnego

cechy morfologiczne komórki

cechy hodowlane

tworzenie pigmentu

tworzenie wegetatywnych spor, pseudogrzybni, grzybni

właściwej

cechy biochemiczne (wytwarzanie ureazy, zdolność do

asymilacji i fermentacji różnych źródeł węgla i asymilacji

azotanów)

budowa ściany komórkowej (zawartość glukanów,

mannanów, chityny)

budowa DNA jądrowego (zawartość procentowa par GC)

Klasyfikacja dro

ż

d

ż

y

Trichosporoideae

Cryptococcoideae
Rhodotoruloideae

Sporobolomycetoidea

e

Filobasidiaceae

Teliosporaceae

Sirobasidiaceae

Ascoidiaceae

Spermophtoraceae

Endomycetaceae

Schizosaccharomycetace

ae

Saccharomycodaceae

Lipomycetaceae

Saccharomycetaceae

Rodzina:

Rodzina:

Rodzina:

Deuteromycetes

Basidiomycete

s

Ascomycetes

3 klasy drożdży (ok. 90 000 gatunków)

Saccharomyces cerevisiae

izolowany ze skórek winogron

Domena: Eukarya
Królestwo: Fungi
Gromada: Ascomycota
Podgromada: Saccharomycotina
Klasa: Saccharomycetes
Rz

ą

d: Saccharomycetales

Rodzina: Saccharomycetaceae
Rodzaj: Saccharomyces
Gatunek: Saccharomyces cerevisiae

Metabolizm tlenowy i beztlenowy

Optimum temperatury - 25 - 30°C

Optimum pH - 6,5

komórki kuliste lub owalne

5 - 10

µ

m

ś

rednicy

Morfologia komórek dro

ż

d

ż

y

Wielkość: 1-8 µm długości; 1-6 µm szerokości

Kształt:

kulisty,

elipsoidalny,

cytrynkowaty,

butelkowaty, cylindryczny, nitkowaty

Wielkość i kształt komórek zależy od rodzaju drożdży,

warunków środowiska, stanu fizjologicznego, funkcji

komórki w populacji.

Rozmna

ż

anie wegetatywne dro

ż

d

ż

y

Pączkowanie

•

na całej powierzchni (wielobiegunowe)

•

jedno-

lub dwubiegunowe (tworzenie różnych

ugrupowań)

Podział (wewnątrz komórek tworzą się poprzeczne
przegrody – septy)

Pączkowanie i podział

Podział mitotyczny jądra komórkowego i podział

cytoplazmy; komórka potomna identyczna z

komórką macierzystą, ploidalność populacji

nie ulega zmianie

Typowe ugrupowania dro

ż

d

ż

y

A – Saccharomyces cerevisiae, B – S. bayanus, C – S. ellipsoideus,
D – Kloeckera apiculata, E – Candida vini, F – S. ludwigii,
G – Schizosaccharomyces pombe

Rozmna

ż

anie wegetatywne dro

ż

d

ż

y

Tworzenie grzybni i pseudogrzybni

Grzybnia (mycelium) - wydłużone, nitkowate struktury,
często rozgałęziające się, złożone z komórek posiadających
poprzeczne przegrody

Pseudogrzybnia (pseudomycelium) – wydłużone, nitkowate
struktury, często rozgałęziające się, złożone wyłącznie z
komórek pączkujących lub pojedyncza, nitkowata komórka,
mogąca rozgałęziać się, nie posiadająca przegród poprzecznych

A – pseudogrzybnia, B i C - grzybnia

Rozmna

ż

anie wegetatywne dro

ż

d

ż

y

A – blastospory B – balistospory C – artrospory D - chlamydospory

Rozmna

ż

anie generatywne dro

ż

d

ż

y

Ascomycetes i Basidiomycetes

Podział mejotyczny jądra komórkowego

Pokolenie haploidalne i diploidalne (jednocześnie lub
kolejno po sobie)

Komórki

haploidalne

o

różnych

typach

koniugacyjnych (MATa i MATα), mogą się łączyć w
diploidalną zygotę

•

MATa i MATα – wysoka częstotliwość koniugacji

•

MATα i MATα – niska częstotliwość koniugacji

•

MATa i MATa – brak zdolności do koniugacji

Diploidalne homozygoty a/a i α/α mogą koniugować
ze sobą z taką samą częstotliwością jak haploidy

Formy spor i worków dro

ż

d

ż

y Ascomycetes

Kształty spor są typowe dla rodzaju drożdży

Cechy hodowlane dro

ż

d

ż

y

Większość

drożdży

jest

typowymi

mezofilami,

temperatura optymalna wzrostu waha się w granicach
25 – 30

o

C

•

gatunki psychrofilne (2-7 °C)

Candida psychrophila

•

gatunki termofilne (do 44 °C)

Saccharomyces telluris

Optymalne pH wzrostu – lekko kwaśne; zakres pH 3,0 –
7,5

Typy wzrostu drożdży w pożywce płynnej

•

zmętnienie i sedymentacja

•

wysepki na powierzchni

•

błonka wspinająca się na ścianki

•

pierścień na powierzchni

•

kożuch na powierzchni

Cechy hodowlane dro

ż

d

ż

y

typy powierzchni kolonii na podło

ż

u stałym (S, R)

A – gładka, B – gładka z wzniesieniem na środku, C – gładka z kraterem
na środku, D - płaska gładka, E – pomarszczona, F – płaska pomarszczona,
G – pomarszczona z pseudomycelium wrastającym w pożywkę

Cechy hodowlane dro

ż

d

ż

y

wymagania pokarmowe

Zawartość wody – co najmniej 30%

•

drożdże osmofilne – do 60% sacharydów

Organiczne źródła węgla

•

monosacharydy (glukoza, fruktoza, mannoza)

•

disacharydy (sacharoza, rzadziej laktoza)

•

trisacharydy (rafinoza)

•

polisacharydy (skrobia, pektyna)

•

alkohole (etanol, metanol, etanodiol, glicerol)

•

niektóre kwasy organiczne

•

niekonwencjonalne źródła węgla (n-alkany, celuloza,
lignina)

Cechy hodowlane dro

ż

d

ż

y

wymagania pokarmowe

Źródła azotu

•związki organiczne

•fosforan amonu, jony NO

3

-

, NO

2

-

Źródła fosforu

•fosforany potasu

Źródła wapnia i magnezu

•woda wodociągowa

Witaminy (kwas pantotenowy, biotyna, tiamina, pirydoksyna,
niacyna)

Przemysłowe zastosowanie dro

ż

d

ż

y

Tradycyjne biotechnologie

•

produkcja wina

•

prdukcja piwa

•

produkcja spirytusu

•

produkcja kefirów

•

produkcja pieczywa i ciast

Nowoczesne biotechnologie

•

produkcja antygenów szczepionkowych

•

produkcja enzymów

•

produkcja przeciwciał monoklonalnych

•

produkcja bioetanolu ???

Grzyby strz

ę

pkowe (ple

ś

nie)

Grzyby wielokomórkowe

Chemoorganotrofy

•

saprofity

•

pasożyty

Metabolizm tlenowy

Zazwyczaj mezofile, optymalna temperatura 20-35 °C

•

występują też pleśnie psychrofilne, psychrotrofowe i
termofilne, zakres temperatury -10- +55 °C

Optymalne pH 3,0-5,5, zakres 1,5-10

Minimalna zawartość wody w pożywce 11-14%

Klasyfikacja grzybów strz

ę

pkowych

Podstawy klasyfikacji

cechy morfologiczne grzybni wegetatywnej

cechy morfologiczne konidioforów

cechy morgologiczne zarodników

sposób rozmnażania

5 klas grzybów strzępkowych

Mastigomycetes

Zygomycetes

Ascomycetes

Deuteromycetes

Basidiomycetes

Morfologia i fizjologia grzybów strzępkowych

Strzępki grzybni mogą posiadać lub nie posiadać
ścian poprzecznych (komórczak)

•

komórczak jest wielojądrzasty

•

strzępki podzielone septami

mogą być 1, 2 lub

wielojądrzaste

•

septy mogą być pełne lub perforowane

Ściana komórkowa zbudowana z chityny, glukanu,
lipidów i białek

Wzrost na długość – za pomocą części szczytowych
strzępek

Rodzaje strz

ę

pek ple

ś

ni

Rozmna

ż

anie grzybów strz

ę

pkowych

Rozmnażanie bezpłciowe

•

za pośrednictwem zarodników tworzonych na grzybni
powietrznej (na konidioforach)

•

za pomocą zarodników tworzonych w zarodniach na
strzępkach powietrznych (w sporangioforach)

Rozmnażanie płciowe

•

za pomocą gamet

Morfologia grzybów strz

ę

pkowych

A, B – konidiofory Aspergillus i Penicillium C – tworzenie artrospor poprzez
fragmentację strzępek Geotrichum G - sporangiofory Rhizopus

Przemysłowe zastosowanie grzybów strz

ę

pkowych

Produkcja antybiotyków

•

penicylina (

Penicillium notatum, Penicillium chrysogenum

)

•

cyklosporyna A (

Trichoderma polysporum

)

Produkcja enzymów

•

α-amylaza, glukoamylaza, pektynaza, celulazy, proteazy, lipazy,
katalaza

(

Aspergillus,

Penicillium,

Mucor,

Rhizopus,

Trichoderma

)

Produkcja kwasów organicznych

•

kwas cytrynowy (

Aspergillus niger

)

•

kwas itakonowy (

Aspergillus itaconicus

,

Aspergillus terreus

)

•

kwas mlekowy (

Rhizopus oryzae

)

Produkcja stymulatorów wzrostu roślin

•

gibereliny (

Giberella fujikuroi

)

Przemysłowe zastosowanie grzybów strz

ę

pkowych

Produkcja lipidów

•kwas γ-linoleinowy (Mucor favanieus, Mucor rouxii)

Produkcja chityny i chitozanu (Aspergillus giganteus,
Phycomyces blakesleanus)

Produkcja serów pleśniowych (Penicillium roqueforti, P.
camemberti, P. candidum, P. glaucum)

Grzyby strzępkowe zanieczyszczają źle produkowane i
przechowywane

produkty

spożywcze,

są

czynnikami

wywołującymi alergie, a produkowane przez nie mikotoksyny
zostały zakwalifikowane do grupy najgroźniejszych związków
rakotwórczych